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概述

近一段时间以来，能源供给和节能是一个热门话题。除了煤价上涨与经济转型，加速淘汰落后产能和促进产业结构升级之外，能耗双控这个词也频繁出现，即进一步完善能耗双控制度，完成预定的降低能耗强度的目标任务。因此总用电量占比超过60%的工业用电用户首当其冲会面对如何实现能耗双控的问题。如何规避用电高峰，优化能源供给，就成为工厂级能源管理系统的当务之急。

当下，各地各行业的工业电费计算公式不尽相同。但是在工厂能源消费的组成中，需量电费始终是个不容忽视的部分（如下图所示）。本文会在介绍需量电费概念的基础上，为大家带来西门子的能源管理应对之道。

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需量电费

什么是需量电费呢？

需量电费就是一个计费周期（例如一年）内的某一时段（例如15分钟）的平均功率与供电公司合约价格的乘积。如下图所示：

也就是说，即使全时段平稳，但稍有不慎的一个负载高峰就会导致需量电费飙升。如何避免上述问题，成为一个棘手的事情。

在保证生产正常运行的前提下，企业可以从两个方面应对：

通过避免负载峰值和平衡功率分配降低需量电费，即削峰填谷

增加自动调节系统，及时响应系统对生产过程的反馈，即智能投切设备

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西门子提供的应对之道

西门子能源管理系统的应对方案是采用 Energy Suite 的 Load Management（负载管理）功能：

基于 PLC 的解决方案，直接集成到 SCADA 监控管理系统

使用综合预测算法规避负载峰值

电机独立启动/停止，负载分配平稳

模块化的功能块设计理念保障用户投资，基于 EnO（能源对象）和 Actor（执行器）的对象配置，通过增加执行器的数量，轻松扩展系统

快速集成到现有的可视化监控系统，支持所有相关能源对象和执行器数据

归档每一个投切动作和限制偏差

在 Energy Suite 中，将现场可提供能耗或功率值的设备分为以下三种能源对象：

↓表示投入时占用能耗空间

↓↑表示投入时占用能耗空间，切断时释放能耗空间

↑↓表示投入时释放能耗空间，切断时占用能耗空间

生产设备不参与负载管理的投切，即始终处于打开投入的状态

消费者以消耗/禁用能源的方式参与负载管理的投切，根据预测结果打开或关闭，即常规时投入，必要时切断

生产者与消费者功能相反，以提供/断供能源的方式参与负载管理的投切，根据预测结果打开或关闭，即常规时关闭，必要时投入

注意：生产者不是必需的能源对象

负载管理模块通过三种能源对象的实时能耗或功率值，基于预设的警戒值分析、计算和预测负载的运行趋势。当预测结果高于警戒值时，关闭切断消费者并打开投入生产者；当预测结果低于警戒值时，打开投入消费者并关闭切断生产者。

以上图为例（消费者和生产者统称为执行器），现场的消费者包括暖气、压缩机和风机。根据与生产流程的相关性设置优先级（相关性越强，优先级越高，投切频率越低；相关性越弱，优先级越低，投切频率越高）。生产者为发电机。在正常生产的状态下：

1. t1~周期开始，开启暖气，提高负载；

2. t1~t2，根据t1点的预测，在周期结束时，功率消耗未超过限制值，开启压缩机和风机（根据消费者优先级顺序），继续提高负载；

3. t2~t3，根据t2点的预测，在周期结束时，功率消耗将超过限制值，根据优先级顺序，开启发电机（生产者发挥提供能源的作用），降低负载；

4. t3~t4，根据t3点的预测，在周期结束时，功率消耗仍将超过限制值，根据优先级顺序，关闭暖气和压缩机，继续降低负载；

5. t4~周期结束，根据t4点的预测，在周期结束时，功率消耗未超过限制值，根据优先级顺序，开启压缩机，提高负载；

在整个周期内，根据正常生产的耗能变化，系统动态地投切相关设备，最终实现削峰填谷，平衡和优化负载管理。

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总结

从 Energy Suite V16 起，除了采集、计算、可视化和归档等传统的功能之外，负载管理功能的推出，极大丰富了 PLC 和 SCADA 层级的能源管理内容。

其负载管理的优势体现在：

自动生成程序，节省调试时间

通过 TIA 博途中的用户界面组态，自动生成程序，然后在可视化中调用相关模板完成配置，提高了工作效率

看得见的投资回报率

通过应用负载管理的前后对比，预测采购花费和节约成本的比值(ROI)

面向未来的扩展

在未来进行项目扩展时，可以在项目中创建新的执行器，然后重新生成程序，无需手动调整项目结构和修改程序代码

快速响应需量电价的波动

如果需量电价波动，将影响原先设置的功率限制值，而功率限制值可以在运行时修改，算法模型不会改变

预置可视化

包含在 WinCC Professional 中的可视化画面模板，提供系统中所有能源对象和执行器以及配置的相关信息